JP2018001040A - 水素発生ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の水素添加器具等に比して、短時間で水素を生成でき、しかも、水素生成後の副生成物等の飲用水への流出防止を強化した水素発生ユニットを提供する。【解決手段】含水して水素を発生する水素発生剤と、前記水素発生剤を内包するイオン交換体またはイオン吸着体を備えた収容体と、で構成し、前記収容体は、前記液体を前記収容体内に流通自在に形成し、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、前記水素発生剤が前記液体を含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着もしくは遮断して前記陽イオンを前記収容体外に流出しないように構成した。【選択図】図１
Description
本発明は、液体中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットに関する。
我々が日常的に摂取する水は、健康の基礎作りとして極めて重要な役割を果たしており、人々の間で健康志向が高まる中、飲用水への注目が更に高まっている。
従来より、このようなニーズに合致するような飲用水は種々提案されており、例えば、飲用水中に酸素を多量に溶存させた酸素水や、水素を溶存させた水素水が知られている。
特に、分子状水素を含有させた水素水は、生体内酸化ストレスの低下や、血中ＬＤＬの増加抑制など、健康に寄与する報告が種々なされている。
このような水素水は、水中に水素を溶存させることで生成されるのであるが、水素の入手や純粋な水素を水中に溶解させることは一般には困難である。
また、水中に溶存させた水素は、水素透過性の極めて低い容器を用いない限り時間と共に徐々に抜けてしまうため、水素水の調製後できるだけ速やかに飲用に供するのが望ましい。
更に、飲用水は体内に取り込まれるものであることから、水素の生成過程で生じる反応残渣や金属イオン等の溶出を可能な限り防止する必要がある。
そこで、一般家庭などにおいても安全で手軽に水素水を調製できるよう、数ｃｍ程度の有底筒状容器の内部に水素発生剤を封入した水素添加器具が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような水素添加器具によれば、水を収容したペットボトル等の容器内に投入して密閉することで、水中に水素を含有させて水素水を生成できるとしている。
ところが、特許文献１に係る従来の水素添加器具は、水素発生剤を防湿包装袋から取出し、この水素発生剤を別途密閉容器に挿入し、さらに水素発生剤と反応させるための水を所定量添加して閉蓋するという作業が必要となる。
このような煩雑な作業は、特に高齢者など手先の細かな作業が不得手な者にとっては困難であり、より手軽に水素水を生成できる手段が望まれていたところ、特許文献２に係る選択的水素添加器具では、水素発生剤をガス透過膜からなる水素気泡形成体に収容することで選択的水素添加器具を水を収容したペットボトル等の容器内に投入して密閉するだけで、水中に水素を含有させて水素水を生成できるとしている。
また、特許文献３，４に係る水素溶液の製造器具では、水素発生剤に金属イオン封鎖能とｐＨ調整能を有する一剤を接触して含有させることで、飲用水への金属イオン等の流出を防止しながら水中に水素を含有させて水素水を生成できるとしている。
上記特許文献２に係る選択的水素添加器具は、少なくとも高齢者など手先の細かな作業が不得手な者であっても水素含有液を手軽に得られる点で非常に優れている。
しかしながら、特許文献２に係る選択的水素添加器具では、飲用水中の液体としての水をガス透過膜の内部に流通させることはできず、水蒸気や湿気としての水のみ流通させて水素発生剤と反応させることができるため、水素水として飲用できるだけの充分な量の水素を発生させるには長時間を要し煩雑であった。
また、上記特許文献３，４に係る水素溶液の製造器具は、飲用水への金属イオン等の流出を防止できる点で優れているが、水素発生剤に別途、金属イオン封鎖能とｐＨ調整能を有する一剤を接触して含有させなければならず高価となり、しかも、加工が難しく製造時の煩雑さを伴うものであった。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、従来の水素添加器具等に比して、短時間で水素を生成でき、しかも、水素生成後の副生成物等の飲用水への流出防止を強化した水素発生ユニットを提供する。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素発生ユニットでは、
（１）液体中に投入することにより同液体中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットにおいて、同水素発生ユニットは、含水して水素を発生する水素発生剤と、前記水素発生剤を内包するイオン交換体またはイオン吸着体を備えた収容体と、で構成し、前記収容体は、前記液体を前記収容体内に流通自在に形成し、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、前記水素発生剤が前記液体を含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着もしくは遮断して前記陽イオンを前記収容体外に流出しないように構成した。
（１）液体中に投入することにより同液体中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットにおいて、同水素発生ユニットは、含水して水素を発生する水素発生剤と、前記水素発生剤を内包するイオン交換体またはイオン吸着体を備えた収容体と、で構成し、前記収容体は、前記液体を前記収容体内に流通自在に形成し、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、前記水素発生剤が前記液体を含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着もしくは遮断して前記陽イオンを前記収容体外に流出しないように構成した。
また、本発明に係る水素発生ユニットでは、以下の点にも特徴を有する。
（２）前記収容体の前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、陽イオン交換繊維または陽イオン吸着繊維により構成したこと。
（３）前記収容体は、前記陽イオン交換繊維または前記陽イオン吸着繊維を袋状の不織布として形成し、内部に前記水素発生剤を内包して略密封したこと。
（４）前記収容体の基材を袋状の不織布で形成すると共に、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は細粒状の陽イオン交換樹脂または陽イオン吸着樹脂で形成し、前記基材の内側、外側または両側に複数の前記陽イオン交換樹脂または前記陽イオン吸着樹脂を着設したこと。
（５）前記収容体の基材を袋状の不織布で形成すると共に、前記イオン交換体は陰イオン交換膜で形成し、前記基材の内側、外側または前記基材を２層としてその間隙に前記陰イオン交換膜を重設したこと。
（６）上記（１）乃至（５）に係る前記収容体の外周面の下半部に内外流通遮断部を設け、内部への前記液体の流入並びに外部への反応残渣の流出を遮断すると共に、前記水素発生剤が前記内外流通遮断部に囲繞され且つ前記収容体の前記下半部の端部側に略密封してなること。
（７）前記収容体の前記下半部の前記端部側を先端先鋭に形成すると共に前記内外流通遮断部も先端先鋭に形成したこと。
（２）前記収容体の前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、陽イオン交換繊維または陽イオン吸着繊維により構成したこと。
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（６）上記（１）乃至（５）に係る前記収容体の外周面の下半部に内外流通遮断部を設け、内部への前記液体の流入並びに外部への反応残渣の流出を遮断すると共に、前記水素発生剤が前記内外流通遮断部に囲繞され且つ前記収容体の前記下半部の端部側に略密封してなること。
（７）前記収容体の前記下半部の前記端部側を先端先鋭に形成すると共に前記内外流通遮断部も先端先鋭に形成したこと。
本発明に係る水素発生ユニットによれば、液体中に投入することにより同液体中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットにおいて、同水素発生ユニットは、含水して水素を発生する水素発生剤と、前記水素発生剤を内包するイオン交換体またはイオン吸着体を備えた収容体と、で構成し、前記収容体は、前記液体を前記収容体内に流通自在に形成し、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、前記水素発生剤が前記液体を含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着もしくは遮断して前記陽イオンを前記収容体外に流出しないように構成したことより、液体中に投入された水素発生ユニット内の水素発生剤に液体が可及的に接触し含水するため、短時間で水素を発生させることができ、しかも、水素生成時に生じる金属イオンである陽イオンの液体中への流出を収容体でブロックすることができる。
また、前記収容体の前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、陽イオン交換繊維または陽イオン吸着繊維により構成したことより、液体中に投入された水素発生ユニット内に液体を侵入させるための構造をシンプルに構築することができる。
また、前記収容体は、前記陽イオン交換繊維または前記陽イオン吸着繊維を袋状の不織布として形成し、内部に前記水素発生剤を内包して略密封したことより、収容体の構造がシンプルとなり安価に製造できると共に、液体中に投入された水素発生ユニット内への液体の侵入を容易に促すことができる。
また、前記収容体の基材を袋状の不織布で形成すると共に、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は細粒状の陽イオン交換樹脂または陽イオン吸着樹脂で形成し、前記基材の内側、外側または両側に複数の前記陽イオン交換樹脂または前記陽イオン吸着樹脂を着設したことより、含水に適した不織布の選択が容易となり、しかも、製造時に陽イオン交換樹脂または陽イオン吸着樹脂の粒径や数の調整が容易となり、イオン交換またはイオン吸着させる陽イオンの量を任意に調整することが容易となる。
また、前記収容体の基材を袋状の不織布で形成すると共に、前記イオン交換体は陰イオン交換膜で形成し、前記基材の内側、外側または前記基材を２層としてその間隙に前記陰イオン交換膜を重設したことより、破損しやすい陰イオン交換膜の強度の向上が図れ、しかも、不織布の含水特性により収容体内部への液体の侵入を促進させることができる。
また、（１）乃至（５）に係る前記収容体の外周面の下半部に内外流通遮断部を設け、内部への前記液体の流入並びに外部への反応残渣の流出を遮断すると共に、前記水素発生剤が前記内外流通遮断部に囲繞され且つ前記収容体の前記下半部の端部側に略密封してなることより、水素発生ユニットの下半部が上半部に比して重くなり下半部が液体中で安定的に下方に位置するため下半部からの反応残渣の流出を可及的に防止でき、しかも、収容体内部への液体の侵入は上半部からなされ、発生した水素も上半部から放出されるため、収容体外部への反応残渣の流出を確実に防止することができる。
更に、前記収容体の前記下半部の前記端部側を先端先鋭に形成すると共に前記内外流通遮断部も先端先鋭に形成したことより、ペットボトル等の調製容器中の液体に水素発生ユニットを投入する向きを直感的に把握することができる。
本発明は、液体中に投入することにより同液体中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットに関するものである。
そして、本実施形態に係る水素発生ユニットに特徴的には、含水して水素を発生する水素発生剤と、前記水素発生剤を内包するイオン交換体またはイオン吸着体を備えた収容体と、で構成し、前記収容体は、前記液体を前記収容体内に流通自在に形成し、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、前記水素発生剤が前記液体を含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着もしくは遮断して前記陽イオンを前記収容体外に流出しないように構成している。
ここで、水素を溶解させるための液体は特に限定されるものではないが、水やジュース、お茶等をはじめとする飲料や、注射・点滴等に使用する薬液など、ヒトに拘わらず生体に対して使用する液体物とすることができる。
また、水素発生剤は水分と接触することにより水素を発生するものであれば特に限定されるものではなく、また、混合物であっても良い。
水分と接触することにより水素を発生する混合物としては、例えば、水素よりイオン化傾向の高い金属又は金属化合物と、酸やアルカリなどの反応促進剤との混合物を挙げることができる。
また、好適に用いることのできる金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、亜鉛等を挙げることができ、好適な反応促進剤としては、例えば、各種酸のほか、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、陰イオン交換樹脂、焼成カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム等を用いることができる。
更に、水素発生剤には、実用上必要な水素生成反応を阻害しない範囲において、必要に応じ適宜機能性を有する物質を添加しても良い。例えば、水との接触により吸熱反応を生じるような物質（例えば尿素や、これと同様の効果を生起する食品添加物に該当する物質。）を添加しておくことにより、水素生成反応に伴って発生する熱を抑制することもできる。
また、水素発生剤には、粉末状の炭酸カルシウム(CaCO3)を含有させておいても良い。炭酸カルシウムは、水素発生剤の含水により水素と共に発生する熱を水素透過膜に伝搬させるための熱伝搬物質として機能するものである。この炭酸カルシウムの存在により、水素透過膜に熱が伝搬されて水素透過膜が柔軟となると共に、発生した水素により水素透過膜が膨満することで、水素分子や水蒸気がする微細な孔がより拡開し、水素の透過性や水蒸気の透過性を向上させて水素生成反応を更に助長することができ、水素含有液をより短時間で生成することが可能となる。
収容体には、水素生成時に生じた金属イオンである陽イオンを水素発生ユニット外へ流出させないためにイオン交換体またはイオン吸着体を備えている。なお、過去の例として水素発生剤中にイオン交換樹脂を混ぜ込む方法が提案されているが、水素生成反応上必要な金属イオンを捕捉してしまい、反応が緩慢となるため好ましくない。本実施形態に係る水素発生ユニットによれば、イオン交換体またはイオン吸着体を収容体に備えることとしているため、水素生成反応を阻害することなく、短時間で水素水を生成することが可能であり、また、水素水と成す液体がイオン交換体等の温度上昇を抑制して適正なイオン交換能を維持でき、液体への金属イオンの溶出を堅実に防止することができる。また、収容体に備えられたイオン交換体等に金属イオンが捕捉されることにより収容体に金属イオンが集積し、徐々に熱伝導率が高まることとなるため、発熱中の水素発生剤の液体への熱拡散を行う放熱体の役割をも担う。特に本実施形態に係る水素発生ユニットでは、液体を収容体内に流通自在に形成しており、この液体により水素発生剤に蓄積されがちな熱を効率良く収容体へ伝搬させる。しかも、熱が伝搬した収容体は、不織布を構成する繊維が伸長し易い状態となっており、収容体内部にて発生した水素により内圧が高まれば、繊維間隔が僅かに広がることとなり、水素の放散効率を高めながらも、収容体内部への水の供給を滞らせることがない。このこともまた、短時間で水素水を生成する上で重要な構成の一つと言える。
イオン交換体は、陽イオン交換繊維や細粒状の陽イオン交換樹脂等、水素生成時に生じる金属イオンよりもイオン化傾向の低い陽イオンとイオン交換されるものであって、人体への影響が極めて低いものが選定される。特に、水素イオン型であれば金属イオンとの交換により生じた水素も水素含有液の生成に寄与するため望ましい。
また、陽イオン吸着体は、陽イオン吸着繊維や細粒状の陽イオン吸着樹脂等、水素生成時に生じた金属イオンをイオン吸着するものであればよい。
このようなイオン交換体やイオン吸着体は、それ自体で収容体を形成してもよく、収容体の一部に形成してもよい。
また、収容体は、内部の水素発生剤に外部の液体が可及的に含水し短時間で水素が発生するように、液体の透水性が極めて高く加工性に優れた不織布等の繊維材料で形成することが望ましく、特に、陽イオン交換繊維や陽イオン吸着繊維を使用することで水素含有液の生成を極めて短時間でなすことができる。
また、液体の透水性を考慮して不織布等の繊維材料をそのまま収容体の基材として使用することもできる。この場合、透水性を阻害しない範囲で繊維材料の内側、外側または両側に複数の陽イオン交換樹脂または陽イオン吸着樹脂を着設してもよい。
繊維材料への陽イオン交換樹脂または陽イオン吸着樹脂の着設については、例えば、糊剤を繊維材料に塗布または噴霧等した後、陽イオン交換樹脂等を散布したり、糊剤を含む陽イオン交換樹脂等を塗布または噴霧等することで形成することができる。
更に、イオン交換体は、陽イオンを遮断する陰イオン交換膜であってもよい。この場合、陰イオン交換膜はアニオン膜等の薄膜であり単体での強度が低いため、透水性に優れた不織布等の繊維材料を基材として重設させ袋状として使用する。
該膜は基材の内側、外側または基材を２層としてその間隙に重設することができる。これにより、陰イオン交換膜は薄膜でありながら水素発生ユニットとしての使用に耐えることができ、しかも、陰イオン交換膜が繊維材料と近接または当接することで、該膜単体時に比して収容体内部への液体の侵入が促され、短時間で水素を発生させることができる。
すなわち、水素発生ユニットを液体中に投入した際、繊維材料の内側に該膜が位置するときは、液体により湿潤状態の繊維材料が該膜表面において安定した液層を形成することで、該膜内への液体の侵入が促進される。
また、繊維材料の外側に該膜が位置するときは、該膜を侵入した初期の液体が繊維材料に含水し、その後、毛細管現象のごとく外部の液体を収容体内部へと導出し、該膜内への液体の侵入が促進される。
更に、２層の繊維材料の間に該膜が位置するときは、上述した各々の相乗効果により該膜内への液体の侵入がより促進される。
また、収容体には上述した収容体の外周面の下半部に内外流通遮断部を設けることができる。内外流通遮断部は、収容体内部への液体の流入、及び外部への反応残渣の流出を遮断する可撓性を有するシート状の合成樹脂材料からなり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＰＥＴ樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂等で形成される。
また、内外流通遮断部は、水素生成反応時の発熱や酸やアルカリへの耐性に優れている材料が望ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン樹脂等を挙げることができる。
また、内外流通遮断部は、不織布等で形成された収容体の下半部に重設される。この場合、内外流通遮断部を収容体の外周面に貼着したり近接させて被覆しても良いが、反応残渣等の流出の観点からは貼着することが望ましい。
内外流通遮断部の内側においては、水素発生剤が内外流通遮断部に囲繞され且つ収容体の下半部の端部側に略密封して収容される。密封においては、例えば、不織布等の収容体を熱シール等で封止して形成されるが、封止箇所は、外部から収容体の上半部に流入する液体を下半部の水素発生剤に流通可能なように形成される。
また、収容体は、内外流通遮断部を形成した下半部の端部側を内外流通遮断部と共に先端先鋭に形成することができる。このように形成することで、ペットボトル等の調製容器に水素発生ユニットを投入する向きが直感的に理解できる。
このように、本実施形態に係る水素発生ユニットによれば、従来の水素添加器具等に比して、短時間で水素を生成でき、しかも、水素生成後の副生成物等の飲用水への流出防止を強化することができる。
また、上述してきた水素発生ユニットは、同水素発生ユニットの液体中に投入した際に、収容体を介して液体を内部に浸入させて水素発生剤と反応させるための水分としたが、必ずしもこれに限定されるものではない。
例えば、本発明者が過去に提案した、液体中に投入することにより同液体中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニット類の如く、水を水素発生剤と反応しない非流出状態に保持する非流出状態保持手段と発生した水素を水素発生ユニット外へ放出させるための放出手段とを備えた収容体に収容し、この非流出状態保持手段は、収容体外から所定量のエネルギーを付与することにより非流出状態の水を水素発生剤と反応可能な流出状態に変化させるものであり、エネルギーの付与をトリガーとして、流出状態となった水を水素発生剤と反応させ、収容体内にて生成した水素を放出手段を介して液体中へ放出することにより、液体の水素発生ユニット内への浸潤によらず、又は液体の水素発生ユニット内への浸潤と共に、水素含有液を生成すべく構成しても良い。なお、放出手段は特に限定されるものではなく、例えば、本明細書にて説明する収容体の構成は勿論のこと、撥水性水素透過膜を防水透湿性素材や、半透膜、逆浸透膜で構成したり、逆止弁の如き機械的な弁機構によって実現したり、更には、細管状の狭隘通路により収容体内への液体の浸入は抑制しつつも水素ガスを放出可能に構成することも可能である。
例えば、非流出状態保持手段は、水を密閉収容して非流出状態とする可撓性の区画室であり、同区画室は、エネルギーとしての外力が所定量付与されることにより収容していた水を吐出して流出状態とする脆弱部を備えるよう構成しておけば、使用者が区画室、すなわち、反応用の水が収容された小袋を指先等で押圧して破水させることにより、水素発生反応を生起させることができる。
そして、このような構成によっても、より先に言及した従来の水素添加器具等に比して短時間での水素の生成を行うことができる。
以下、本実施形態に係る水素発生ユニットについて、図面を参照しながら説明する。
[第１の実施形態]
第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡは、図１（ａ）〜（ｃ）、図５に示すように、液体Ｍ中に投入することにより同液体Ｍ中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットＡにおいて、同水素発生ユニットＡは、含水して水素を発生する水素発生剤３と、水素発生剤３を内包するイオン交換体４またはイオン吸着体８を備えた収容体１と、で構成し、収容体１は、液体Ｍを収容体１内に流通自在に形成し、イオン交換体４またはイオン吸着体８は、水素発生剤３が液体Ｍを含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着して陽イオンを収容体１外に流出しないように構成している。
第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡは、図１（ａ）〜（ｃ）、図５に示すように、液体Ｍ中に投入することにより同液体Ｍ中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットＡにおいて、同水素発生ユニットＡは、含水して水素を発生する水素発生剤３と、水素発生剤３を内包するイオン交換体４またはイオン吸着体８を備えた収容体１と、で構成し、収容体１は、液体Ｍを収容体１内に流通自在に形成し、イオン交換体４またはイオン吸着体８は、水素発生剤３が液体Ｍを含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着して陽イオンを収容体１外に流出しないように構成している。
また、収容体１のイオン交換体４またはイオン吸着体８は、陽イオン交換繊維５または陽イオン吸着繊維９により構成している。
更に、収容体１は、陽イオン交換繊維５または陽イオン吸着繊維９を袋状の不織布として形成し、内部に水素発生剤３を内包して略密封している。
具体的には、陽イオン交換繊維５または陽イオン吸着繊維９からなる収容体１は、長尺の袋状に形成され、内部に水素発生剤３が収容される。従って、使用時に外部から収容体１内に流通した液体Ｍは可及的に水素発生剤３と接触することで水素生成反応が開始される。なお、以下説明する全ての実施形態において水素発生剤３は、アルミニウムと水酸化カルシウムとを主成分として含有する混合粉末としている。
液体Ｍを含水した水素発生剤３は、水素生成反応時の反応残渣となるアルミナセメントを生成しながら水素ガスＨを生成し、水素ガスＨは収容体１を通過して外部へと放出される。
また、水素発生剤３が液体Ｍを含水することで溶出した陽イオン（アルミニウムイオン）のうち、アルミナセメントの生成に寄与しなかった陽イオンは、収容体１をなす陽イオン交換繊維５または陽イオン吸着繊維９によりイオン交換またはイオン吸着され、収容体１に留まることで水素発生ユニットＡ外への流出を防止している。
以上、説明したように第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡは構成している。従って、水素ガスＨの発生手順としては、図５に示すように、調製容器３０内に収容した所定液体としての飲用水Ｍ中に水素発生ユニットＡを投入することで、飲用水Ｍ中に水素を含有させて水素含有液を調製することができる。
調製容器３０は、炭酸水等を市販する際に用いられるような耐圧性を有する５００ｍｌ容量のペットボトル容器であり、中空状の容器本体３０ａと、同容器本体３０ａの上部開口に螺合して気密密閉するスクリューキャップ３０ｂとで構成している。なお、本実施形態では容器としてペットボトル(ポリエチレンテレフタレート製容器）を用いているが、これに限定されるものではなく、ガラスやアルミ素材等にて形成された容器を用いても良い。
調製容器３０内には飲用水Ｍをボトルネック部近傍（調製容器３０の内容積の５０分の４８〜２５０分の２４９）まで収容して液相部とする一方、その上部を気溜まり部３１として気相部を形成している。
具体的には、水素発生ユニットＡを飲用水Ｍが充填された調製容器３０の開口部から飲用水Ｍ中に浸漬させ、図５に示すようにスクリューキャップ３０ｂにより閉蓋すれば、収容体１から水素ガスＨを放出する。
放出された水素ガスＨは、調製容器３０の気溜まり部３１を拡張しながら充満し、調製容器３０の内圧の上昇と共に飲用水Ｍ中に溶存して水素含有液が調製される。
なお、本実施形態に係る水素発生ユニットＡは、調製容器３０への投入後は、５〜１５分程度で水素の生成反応が終了するように構成しており、水素含有液の調製後すぐに飲用したい場合には、調製容器３０の略中央部を把持して手首を中心に左右に略１８０°、略３０秒間すばやく振って攪拌することで略５．０〜７．０ｐｐｍの水素含有液を生成することができる。
また、水素の生成反応が終了した後、冷蔵庫で２４時間程度静置させ、上述のように攪拌すれば安定して略７．０ｐｐｍの水素含有液を生成することができるように構成している。
なお、一般的に飲用水Ｍが充填された調製容器３０内には上述の通り気溜まり部３１が存在する。この気溜まり部３１は、水素の生成において水素の含有濃度を低下させる要因となるため、水素発生ユニットＡを投入してスクリューキャップ３０ｂで閉蓋した際にはできるだけ気溜まり部３１が存在しないことが望ましい。
以上のように第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡは、液体Ｍ中に投入することにより同液体Ｍ中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットＡにおいて、同水素発生ユニットＡは、含水して水素を発生する水素発生剤３と、水素発生剤３を内包するイオン交換体４またはイオン吸着体８を備えた収容体１と、で構成し、収容体１は、液体Ｍを収容体１内に流通自在に形成し、イオン交換体４またはイオン吸着体８は、水素発生剤３が液体Ｍを含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着して陽イオンを収容体１外に流出しないように構成したため、液体Ｍ中に投入された水素発生ユニットＡ内の水素発生剤３に液体Ｍが可及的に接触し含水するため、短時間で水素を発生させることができ、しかも、水素生成時に生じる金属イオンである陽イオンの液体Ｍ中への流出を収容体１でブロックすることが可能な水素発生ユニットＡを提供することができる。
また、収容体１のイオン交換体４またはイオン吸着体８は、陽イオン交換繊維５または陽イオン吸着繊維９により構成したことより、液体Ｍ中に投入された水素発生ユニットＡ内に液体Ｍを侵入させるための構造をシンプルに構築することができる。
また、収容体１は、陽イオン交換繊維５または陽イオン吸着繊維９を袋状の不織布として形成し、内部に水素発生剤３を内包して略密封したことより、収容体１の構造がシンプルとなり安価に製造できると共に、液体Ｍ中に投入された水素発生ユニットＡ内への液体Ｍの侵入を容易に促すことができる。
次に、第２の実施形態に係る水素発生ユニットＢ１，Ｂ２，Ｂ３について説明する。なお、上述した第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡと共通する部分については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
[第２の実施形態]
第２の実施形態に係る水素発生ユニットＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、図２（ａ）〜（ｅ）、図５に示すように、収容体１の基材２を袋状の不織布で形成すると共に、イオン交換体４またはイオン吸着体８は細粒状の陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０で形成し、基材２の内側、外側または両側に複数の陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０を着設している。
第２の実施形態に係る水素発生ユニットＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、図２（ａ）〜（ｅ）、図５に示すように、収容体１の基材２を袋状の不織布で形成すると共に、イオン交換体４またはイオン吸着体８は細粒状の陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０で形成し、基材２の内側、外側または両側に複数の陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０を着設している。
具体的には、基材２は長尺の袋状に形成され、内部に水素発生剤３が収容される。ここで、図２（ａ）は本実施形態に係る水素発生ユニットＢ１，Ｂ２，Ｂ３のうち陽イオン交換樹脂６等を基材２の内側に着設した形態に係る水素発生ユニットＢ１の部分透視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ´線断面図である。
また、図２（ｃ）は陽イオン交換樹脂６等を基材２の外側または両側に着設した形態に係る水素発生ユニットＢ２，Ｂ３の部分透視図であり、図２（ｄ）は基材２の外側に着設した形態に係る水素発生ユニットＢ２の図２（ｃ）のｃ−ｃ´線断面図で、図２（ｅ）は基材２の両側に着設した形態に係る水素発生ユニットＢ３の図２（ｃ）のｄ−ｄ´線断面図である。
基材２への陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０の着設については、糊剤を含む陽イオン交換樹脂６等を噴霧することで形成している。
以上、説明したように第２の実施形態に係る水素発生ユニットＢ１，Ｂ２，Ｂ３は構成している。なお、水素ガスＨの発生手順は上述した第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡと同様である。
以上のように第２の実施形態に係る水素発生ユニットＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、収容体１の基材２を袋状の不織布で形成すると共に、イオン交換体４またはイオン吸着体８は細粒状の陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０で形成し、基材２の内側、外側または両側に複数の陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０を着設したことより、含水に適した不織布の選択が容易となり、しかも、製造時に陽イオン交換樹脂６または陽イオン吸着樹脂１０の粒径や数の調整が容易となり、イオン交換またはイオン吸着させる陽イオンの量を任意に調整することが容易となる。
次に、第３の実施形態に係る水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３について説明する。なお、上述した第１・第２の実施形態に係る水素発生ユニットＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３と共通する部分については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
[第３の実施形態]
第３の実施形態に係る水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図３（ａ）〜（ｆ）、図５に示すように、収容体１の基材２を袋状の不織布で形成すると共に、イオン交換体４は陰イオン交換膜７で形成し、基材２の内側、外側または基材２を２層としてその間隙に陰イオン交換膜７を重設している。
第３の実施形態に係る水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図３（ａ）〜（ｆ）、図５に示すように、収容体１の基材２を袋状の不織布で形成すると共に、イオン交換体４は陰イオン交換膜７で形成し、基材２の内側、外側または基材２を２層としてその間隙に陰イオン交換膜７を重設している。
具体的には、基材２と陰イオン交換膜７は長尺の袋状に形成され、内部に水素発生剤３が収容される。ここで、図３（ａ）は本実施形態に係る水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３のうち陰イオン交換膜７を基材２の内側に重設した形態に係る水素発生ユニットＣ１の部分透視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のｅ−ｅ´線断面図である。
また、図３（ｃ）は陰イオン交換膜７を基材２の外側に重設した形態に係る水素発生ユニットＣ２の部分透視図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）のｆ−ｆ´線断面図である。
また、図３（ｅ）は陰イオン交換膜７を基材の両側に重設した形態に係る水素発生ユニットＣ３の部分透視図であり、図３（ｆ）は図３（ｅ）のｇ−ｇ´線断面図である。
このように構成することで、陰イオン交換膜７は薄膜でありながら水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３としての使用に耐えることができ、しかも、陰イオン交換膜７が基材２と近接または当接することで、該膜７単体時に比して収容体１内部への液体Ｍの侵入が促され、短時間で水素ガスＨを発生させることができる。
すなわち、基材２の内側に該膜７が位置する水素発生ユニットＣ１を液体Ｍ中に投入した際、液体Ｍにより湿潤状態の基材２が該膜７表面において安定した液層を形成することで、該膜７内への液体Ｍの侵入が促進され、収容体１内部の水素発生剤３に液体Ｍを含水させることができる。
また、基材２の外側に該膜７が位置する水素発生ユニットＣ２を液体Ｍ中に投入した際は、該膜７を侵入した初期の液体Ｍが基材２に含水し、その後、毛細管現象のごとく外部の液体Ｍを収容体１内部へと導出し、該膜７内への液体Ｍの侵入が促進され、収容体１内部の水素発生剤３に液体Ｍを含水させることができる。
更に、２層の基材２の間に該膜７が位置する水素発生ユニットＣ３を液体Ｍ中に投入した際は、上述した各々の相乗効果により該膜７内への液体Ｍの侵入がより促進され、収容体１内部の水素発生剤３に液体Ｍを可及的に含水させることができる。
以上、説明したように第３の実施形態に係る水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３は構成している。なお、水素ガスＨの発生手順は上述した第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡと同様であるが、本実施形態に係る水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、調製容器３０への投入後は、５〜２０時間程度で水素の生成反応が終了するように構成しており、水素含有液の調製後すぐに飲用したい場合には、調製容器３０の略中央部を把持して手首を中心に左右に略１８０°、略３０秒間すばやく振って攪拌することで略５．０ｐｐｍの水素含有液を生成することができる。
また、水素の生成反応が終了した後、冷蔵庫で２４時間程度静置させ、上述のように攪拌すれば略７．０ｐｐｍの水素含有液を生成することができるように構成している。
以上のように第３の実施形態に係る水素発生ユニットＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、収容体１の基材２を袋状の不織布で形成すると共に、イオン交換体４は陰イオン交換膜７で形成し、基材２の内側、外側または基材２を２層としてその間隙に陰イオン交換膜７を重設したことより、破損しやすい陰イオン交換膜７の強度の向上が図れ、しかも、不織布の含水特性により収容体１内部への液体Ｍの侵入を促進させることができる。
次に、第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤについて説明する。なお、上述した第１・第２・第３の実施形態に係る水素発生ユニットＡ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と共通する部分については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
[第４の実施形態]
第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤは、図４（ａ）〜（ｃ）、図５に示すように、上述した収容体１の外周面の下半部１５に内外流通遮断部１６を設け、内部への液体Ｍの流入並びに外部への反応残渣の流出を遮断すると共に、水素発生剤３が内外流通遮断部１６に囲繞され且つ収容体１の下半部１５の端部側１７に略密封して構成している。
第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤは、図４（ａ）〜（ｃ）、図５に示すように、上述した収容体１の外周面の下半部１５に内外流通遮断部１６を設け、内部への液体Ｍの流入並びに外部への反応残渣の流出を遮断すると共に、水素発生剤３が内外流通遮断部１６に囲繞され且つ収容体１の下半部１５の端部側１７に略密封して構成している。
ここで、図４（ａ）は本実施形態に係る水素発生ユニットＤの正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分透視図で、図４（ｃ）は図４（ｂ）のｈ−ｈ´線断面図である。
内外流通遮断部１６は、収容体１内部への液体Ｍの流入、及び外部への反応残渣の流出を遮断する可撓性を有するシート状の合成樹脂材料であり、水素生成反応時の発熱や酸やアルカリへの耐性に優れたポリエチレンで形成している。
また、内外流通遮断部１６は、上述した第１〜第３の実施形態に係る収容体１の下半部１５を被覆して重設され、内外流通遮断部１６を収容体１の外周面に貼着している。
内外流通遮断部１６の内側においては、水素発生剤３が内外流通遮断部１６に囲繞され且つ収容体１の下半部１５の端部側１７に略密封して収容している。密封においては、収容体１を熱シール等で封止して形成され、封止箇所２０は外部から収容体１の上半部１８に流入する液体Ｍが下半部１５に浸透し水素発生剤３に流通可能なように形成している。
このように形成することで、水素発生ユニットＤは収容体１内部での水素発生剤３の偏在により下半部１５が上半部１８に比して重くなり、下半部１５が液体Ｍ中で安定的に下方に位置する。
また、水素発生剤３を略密封する収容体１の封止箇所２０は、端部側１７から内外流通遮断部１６の略３分の２程度の位置に形成し、万一、封止箇所２０から上半部１８に向かって反応残渣が流出しても、封止箇所２０の直上であり内外流通遮断部１６の上方の略３分の１の領域で反応残渣の流出を防止できるように形成している。
なお、収容体１に形成される封止箇所２０の位置は、本実施形態に限定されるものではない。
以上、説明したように第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤは構成している。なお、水素ガスＨの発生手順は上述した第１の実施形態に係る水素発生ユニットＡと同様であるが、調製容器３０への投入においては、効率よく水素ガスＨを収容体１の上半部１８から放出させるために内外流通遮断部１６を下側にして投入することが望ましい。
以上のように第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤは、上述した収容体１の外周面の下半部１５に内外流通遮断部１６を設け、内部への液体Ｍの流入並びに外部への反応残渣の流出を遮断すると共に、水素発生剤３が内外流通遮断部１６に囲繞され且つ収容体１の下半部１５の端部側１７に略密封してなることより、水素発生ユニットＤの下半部１５が上半部１８に比して重くなり下半部１５が液体Ｍ中で安定的に下方に位置するため下半部１５からの反応残渣の流出を可及的に防止でき、しかも、収容体１内部への液体Ｍの侵入は上半部１８からなされ、発生した水素ガスＨも上半部１８から放出されるため、収容体１外部への反応残渣の流出を確実に防止することができる。
なお、第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤでは、イオン交換体４やイオン吸着体８を備えていない単なる不織布等で形成された収容体１で上述の通り構成してもよい。
この場合、水素ガスＨの発生手順は上述した本実施形態に係る水素発生ユニットＤと同様であるが、特に、内外流通遮断部１６を下側にして調製容器３０に投入することが必要である。
すなわち、調製容器３０への投入においては、水素発生ユニットの上半部１８を下側にして投入しても下半部１５が上半部１８に比して重いため経時的に下半部１５が液体Ｍ中で安定的に下方に位置するものの、投入初期では上半部１８に浸透し下半部１５に流通した液体Ｍにより水素生成反応で生じた金属イオンが下方に位置する上半部１８から放出される恐れがあるからである。
次に、第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤの変形例について説明する。なお、上述した第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤと共通する部分については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
[第４の実施形態の変形例]
第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤの変形例となる水素発生ユニットＤ１は、図６、図７に示すように、収容体１の下半部１５の端部側１７を先端先鋭に形成すると共に内外流通遮断部１６も先端先鋭に形成している。
第４の実施形態に係る水素発生ユニットＤの変形例となる水素発生ユニットＤ１は、図６、図７に示すように、収容体１の下半部１５の端部側１７を先端先鋭に形成すると共に内外流通遮断部１６も先端先鋭に形成している。
具体的には、内外流通遮断部１６は、端部側１７を頂点とする正面視略二等辺三角形状の袋状に形成した収容体１の下半部１５の外周面を被覆して重設される。
このように形成することで、ペットボトル等の調製容器３０中の液体Ｍ中に水素発生ユニットＤ１を投入する向きを直感的に把握することができる。
最後に、上述した実施形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施形態に限定されることはない。このため、上述した実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
Ａ 水素発生ユニット（第１の実施形態）
Ｂ１〜３ 水素発生ユニット（第２の実施形態）
Ｃ１〜３ 水素発生ユニット（第３の実施形態）
Ｄ 水素発生ユニット（第４の実施形態）
Ｄ１ 水素発生ユニット（第４の実施形態の変形例）
Ｈ 水素ガス
Ｍ 液体（飲用水）
１ 収容体
２ 基材
３ 水素発生剤
４ イオン交換体
５ 陽イオン交換繊維
６ 陽イオン交換樹脂
７ 陰イオン交換膜
８ イオン吸着体
９ 陽イオン吸着繊維
１０ 陽イオン吸着樹脂
１５ 下半部
１６ 内外流通遮断部
１７ 端部側
Ｂ１〜３ 水素発生ユニット（第２の実施形態）
Ｃ１〜３ 水素発生ユニット（第３の実施形態）
Ｄ 水素発生ユニット（第４の実施形態）
Ｄ１ 水素発生ユニット（第４の実施形態の変形例）
Ｈ 水素ガス
Ｍ 液体（飲用水）
１ 収容体
２ 基材
３ 水素発生剤
４ イオン交換体
５ 陽イオン交換繊維
６ 陽イオン交換樹脂
７ 陰イオン交換膜
８ イオン吸着体
９ 陽イオン吸着繊維
１０ 陽イオン吸着樹脂
１５ 下半部
１６ 内外流通遮断部
１７ 端部側
Claims (7)
- 液体中に投入することにより同液体中に水素を含有させて水素含有液を生成する水素発生ユニットにおいて、
同水素発生ユニットは、
含水して水素を発生する水素発生剤と、
前記水素発生剤を内包するイオン交換体またはイオン吸着体を備えた収容体と、で構成し、
前記収容体は、前記液体を前記収容体内に流通自在に形成し、
前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、前記水素発生剤が前記液体を含水して水素を発生する際に放出される陽イオンを交換または吸着もしくは遮断して前記陽イオンを前記収容体外に流出しないように構成したことを特徴とする水素発生ユニット。 - 前記収容体の前記イオン交換体または前記イオン吸着体は、陽イオン交換繊維または陽イオン吸着繊維により構成したことを特徴とする請求項１に記載の水素発生ユニット。
- 前記収容体は、前記陽イオン交換繊維または前記陽イオン吸着繊維を袋状の不織布として形成し、内部に前記水素発生剤を内包して略密封したことを特徴とする請求項２に記載の水素発生ユニット。
- 前記収容体の基材を袋状の不織布で形成すると共に、前記イオン交換体または前記イオン吸着体は細粒状の陽イオン交換樹脂または陽イオン吸着樹脂で形成し、前記基材の内側、外側または両側に複数の前記陽イオン交換樹脂または前記陽イオン吸着樹脂を着設したことを特徴とする請求項１に記載の水素発生ユニット。
- 前記収容体の基材を袋状の不織布で形成すると共に、前記イオン交換体は陰イオン交換膜で形成し、前記基材の内側、外側または前記基材を２層としてその間隙に前記陰イオン交換膜を重設したことを特徴とする請求項１に記載の水素発生ユニット。
- 請求項１乃至５に係る前記収容体の外周面の下半部に内外流通遮断部を設け、内部への前記液体の流入並びに外部への反応残渣の流出を遮断すると共に、
前記水素発生剤が前記内外流通遮断部に囲繞され且つ前記収容体の前記下半部の端部側に略密封してなることを特徴とする水素発生ユニット。 - 前記収容体の前記下半部の前記端部側を先端先鋭に形成すると共に前記内外流通遮断部も先端先鋭に形成したことを特徴とする請求項６に記載の水素発生ユニット。
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| JP2015214485A (ja) * | 2014-04-11 | 2015-12-03 | エコモ・インターナショナル株式会社 | 水素発生ユニット |
-
2016
- 2016-06-27 JP JP2016126408A patent/JP6786093B2/ja active Active
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